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Por qué el grafeno, el material más disruptivo de la historia, no termina de convertirse en una realidad

  • El grafeno fue descubierto en el año 2004 por investigadores rusos; un material que se produce a través de la deposición de átomos de carbono puro en una suerte de panel de abejas sobre la superficie de metales como el cobre o el níquel que actúan como moldes.
  • Gracias al grafeno podremos obtener baterías con una capacidad hasta diez veces superior a las que hoy usamos de litio. También los procesadores que montan los equipos informáticos se pueden beneficiar de esta revolución, con chips de hasta mil gigahercios de potencia.
  • Pero el desarrollo del grafeno no ha sido todo lo rápido que la industria ni los analistas esperaban. He aquí algunas de las razones.

La historia de la técnica, de la informática en sí misma, está vinculada necesariamente al desarrollo de nuevos materiales que soporten los avances tecnológicos del momento. Así pues, la computación personal no podría entenderse sin las mejoras en el tratamiento del silicio, mientras que los dispositivos móviles jamás habrían existido sin la consolidación de las baterías de litio en el mercado.

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Precisamente en torno a este último tema, el de las baterías, hay muchísimo debate en estos momentos. Y es que, las baterías actuales, las basadas en iones de litio, se han demostrado caras y con limitada capacidad. ¿Quién de nosotros no se ha quedado sin autonomía en su móvil o portátil tras un largo día de trabajo? 

En esa línea, la comunidad científica está trabajando en una serie de nuevos materiales que ofrezcan una mayor capacidad con una mayor eficiencia energética. Entre ellos, cobran especial importancia alternativas como los materiales bidimensionales (con el grafeno como punta de lanza), calcio, protones o las baterías sólidas alcalinas.

La fama recae, por tanto, en el grafeno. Un material descubierto en el año 2004 por investigadores rusos, el cual se produce a través de la deposición de átomos de carbono puro en una suerte de panel de abejas sobre la superficie de metales como el cobre o el níquel que actúan como moldes.

La promesa del grafeno

Pero, ¿por qué tanto interés en el grafeno? Lo cierto es que la promesa de este material justifica enormemente toda la atracción mediática que ha obtenido en estas casi dos décadas de evolución. No en vano, hablamos de un material increíblemente delgado, fuerte, liviano, conductor de electricidad y temperatura y, además, extraordinariamente flexible. O, lo que es lo mismo, poder unir las ventajas del plástico y el acero en un único compuesto.

Gracias al grafeno podremos obtener baterías con una capacidad hasta diez veces superior a las que hoy usamos de litio. También los procesadores que montan los equipos informáticos se pueden beneficiar de esta revolución, con chips de hasta mil gigahercios de potencia. Y, por supuesto, también podemos obtener materiales capaces de generar electricidad de manera autónoma o de absorber residuos radioactivos, entre otras funcionalidades.

Tanto calaron estos anhelos que las grandes consultoras pronosticaron un futuro inmediato plagado de grafeno. Ya en 2011, Gartner anticipaba que el grafeno sería el "material del futuro" y que su ritmo de evolución era "muy rápido". En 2015, IDC mantenía estos buenos pronósticos al considerar que el grafeno "sustituirá al silicio como el sustrato preferido para una generación completamente nueva de microelectrónica". Y en 2016, Deloitte ponía números a esta revolución, anticipando un mercado de 100 millones de dólares para 2020, con un coste por gramo de grafeno de 100 dólares.

Las barreras a su producción

Científico de materiales
Un científico trabajando. Department of Foreign Affairs and Trade/Flickr/Attribution

Pero nada de eso ha acabado por convertirse en una realidad, al menos a corto plazo. Y es que, estas previsiones tan optimistas no tuvieron en cuenta un hándicap de difícil solución: escalar los prototipos de sistemas con grafeno a una producción industrial de calidad sin que los costes se disparen de manera sustancial.

En esa línea, Susana Quintana-Plaza, exvicepresidenta de Tecnología e Innovación de E.ON -la principal compañía eléctrica alemana- y exdirectora general de Next47 en Europa, nos contaba en esta entrevista en Business Insider España que "a lo largo de la historia ya hemos visto que tecnologías supuestamente mejores no han conseguido triunfar por distintos motivos. Y el principal en el caso de las baterías es la economía de escala que han alcanzado los dispositivos de litio". Según esta experta, "cualquier nueva batería que quiera desbancar a las de litio debe ofrecer un enorme beneficio, no una pequeña mejoría, para compensar las inversiones ya realizadas en plantas de fabricación de baterías de litio".

Como ya hemos mencionado, el grafeno posee magníficas propiedades, pero debe ser producido a gran escala sin que éstas pierdan calidad, algo que resulta extraordinariamente complejo. De hecho, el método por el que se suele desarrollar el grafeno en la actualidad es la deposición química de vapor y el triturado de grafito en óxido de grafeno para su posterior reducción química. Ambas alternativas son muy costosas y requieren el uso de materiales muy agresivos y contaminantes para su procesamiento.

Pero más allá de la fabricación en sí, hay un defecto de forma que es aun más complejo de solventar. "Estos materiales son hasta 200 veces más resistentes que el acero, pero sigue siendo una capa atómica y se puede romper de forma muy sencilla. Cómo pasar de un material monoatómico a un objeto macroscópico y tridimensional es algo difícil y en lo que la industria y la sociedad no tienen mucha experiencia", añadía en una entrevista con Innovadores Tomás Palacios, físico español en el  MIT (Massachusetts Institute of Technology) y premiado por Barack Obama por su investigación en materiales bidimensionales como el grafeno.

Una última esperanza

Si la situación pinta así de negra, ¿hay algún motivo para la esperanza, para seguir soñando con la llegada inminente del grafeno a nuestras vidas? Como suele ocurrir en la comunidad científica, a todo problema se le puede encontrar una solución... o casi.

Una de las últimas esperanzas es la protagonizada por la Universidad de Rochester, cuyos investigadores han encontrado una bacteria (Shewanella) capaz de crear grafeno a menor coste y de forma más rápida, así como más respetuosa con el medio ambiente.

Otro trabajo muy interesante es el que está llevando a cabo la Universidad de Cambridge a través de una spinoff llamada Paragraf. Ellos han diseñado láminas de grafeno de hasta ocho pulgadas de diámetro con carbono con una sola capa atómica de grosor.

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En la misma línea, investigadores de la Universidad de Rice han conseguido obtener grafeno de alta calidad a partir del azúcar común calentado a a 800 grados centígrados.

Y, por supuesto, no podíamos obviar al MIT, uno de los centros que más esfuerzos está dedicando al avenimiento del grafeno. Uno de sus últimos avances es la producción de pequeñas escamas de grafeno comprimido utilizando una mezcla de calor y presión. Este proceso produjo una estructura fuerte y estable, cuya forma se asemeja a la de algunos corales y criaturas microscópicas llamadas diatomeas. Estos diseños, que tienen una superficie enorme en proporción a su volumen, resultaron ser notablemente fuertes.

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